CN114775569A - 一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程技术领域，公开了一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置，所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置包括：约束力检测模块、承载力测试模块、密度检测模块、数据传输模块、数据处理模块、无线通信模块、无线基站、云服务器。本发明通过承载力测试模块无需处理过多的承载力数据，进而，可有效简化数据处理量，降低数据处理的负担；同时，通过密度检测模块得出的地基土干密度误差小、准确率高，使用本发明的检测方法一组试样在较短时间内即可得出结果，能快速地提供数据，准确地指导现场施工，避免了施工现场采用传统地基土压实度检测方法检测频率大、检测速度慢、检测结果迟缓，进而影响工程进度的问题。

Description

一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置方法。

背景技术

土木工程(Civil Engineering)是建造各类土地工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动，也指工程建设的对象。即建造在地上或地下、陆上，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等。土木工程是指除房屋建筑以外，为新建、改建或扩建各类工程的建筑物、构筑物和相关配套设施等所进行的勘察、规划、设计、施工、安装和维护等各项技术工作及其完成的工程实体。然而，现有土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置对地基承载力的验证需测试多样的承载力数据，例如不同位置的承载力、平均的承载力、最大承载力、最小承载力等，仅在以上承载力数据均满足对应的要求数据时，才认为矩形地基的承载力是满足承载力要求的，数据处理的负担较大，所需消耗的时间与资源均可能较多；同时，现有对基土的干密度普遍存在检测时间长、准确性不高、仪器设备操作复杂、检测成本高的缺点，检测结果出来至少需要24小时，结果出来时已远远滞后于工程进度，即使发现检测指标不满足或有问题，现场填方早已覆盖几层了，对施工现场的工程质量已失去指导意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置对地基承载力的验证需测试多样的承载力数据，例如不同位置的承载力、平均的承载力、最大承载力、最小承载力等，仅在以上承载力数据均满足对应的要求数据时，才认为矩形地基的承载力是满足承载力要求的，数据处理的负担较大，所需消耗的时间与资源均可能较多；同时，现有对基土的干密度普遍存在检测时间长、准确性不高、仪器设备操作复杂、检测成本高的缺点，检测结果出来至少需要24小时，结果出来时已远远滞后于工程进度，即使发现检测指标不满足或有问题，现场填方早已覆盖几层了，对施工现场的工程质量已失去指导意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置。

本发明是这样实现的，一种土木工程结构地基约束能力动态检测装置包括：

约束力检测模块、承载力测试模块、密度检测模块、数据传输模块、数据处理模块、无线通信模块、无线基站、云服务器；

约束力检测模块，与数据传输模块连接，用于检测土木工程结构地基约束能力；

承载力测试模块，与数据传输模块连接，用于测试土木工程结构地基承载力；

密度检测模块，与数据传输模块连接，用于检测土木工程结构地基土干密度；

数据传输模块，与约束力检测模块、承载力测试模块、密度检测模块、数据处理模块连接，用于对检测数据进行传输；

数据处理模块，与数据传输模块、无线通信模块连接，用于对检测数据进行校准、统计、分析处理；

无线通信模块，与数据处理模块、无线基站连接，用于将检测数据进行无线传输；

无线基站，与无线通信模块、云服务器连接，用于接收并发送检测数据到云服务器；

云服务器，与无线基站连接，用于对检测数据进行云存储。

一种土木工程结构地基约束能力动态检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一，通过利用约束力检测模块检测土木工程结构地基约束能力；通过承载力测试模块测试土木工程结构地基承载力；通过密度检测模块检测土木工程结构地基土干密度；

步骤二，通过数据传输模块对检测数据进行传输；

步骤三，通过数据处理模块对检测数据进行校准、统计、分析处理；

步骤四，通过无线通信模块将检测数据进行无线传输；通过无线基站接收并发送检测数据到云服务器；

步骤五，通过云服务器对检测数据进行云存储。

进一步，所述承载力测试模块测试方法如下：

(1)配置测量设备参数，通过测量设备获取所述矩形地基的偏心距、所述矩形地基的基础底面的第一长度、所述矩形地基上的载荷量，以及所述矩形地基的基础底面的面积；所述第一长度指所述基础底面的平行于偏心方向的长度；根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力；

(2)若所述偏心距与所述第一长度的比值小于或等于第一阈值，则根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力要求；所述平均承载力是根据所述最大承载力与所述最小承载力确定的；若所述偏心距与所述第一长度的比值大于所述第一阈值，则根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求。

进一步，所述根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力条件，包括：

若所述平均承载力满足第一公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第一公式为：P_K≤f_a；其中：P_K表示所述平均承载力；f_a表示预设的地基承载力特征值。

进一步，所述根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求，包括：

若所述最大承载力满足第二公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第二公式为：P_Kmax≤1.2f_a；其中：P_Kmax表示所述最大承载力fa表示预设的地基承载力特征值。

进一步，所述根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力，包括：若所述比值小于或等于第二阈值，则根据第三公式，确定所述最大承载力，并根据第四公式，确定所述最小承载力；

所述第三公式为：

所述第四公式为：

若所述比值大于所述第二阈值，则根据第五公式，确定所述最大承载力，并确定所述最小承载力为0；所述第五公式为：P_Kmax＝4N_K/[3A(1-2X)]；

其中：P_Kmax表示所述最大承载力；P_Kmin表示所述最小承载力；N_K表示所述载荷量；A表示所述面积。

进一步，所述密度检测模块检测方法如下：

1)在待检测地基内成孔，向该孔中薄入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对上述一定量的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，再次向该孔中灌入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对该第二次灌入的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，重复上述混凝土灌入和夯实步骤直至孔口为止；

2)在所述待检测地基土区域提取待检测试样到试验室做击实试验取得试样最大干密度和最佳含水率；使用贯入阻力仪现场检测步骤一所述待检测地基土区域的贯入阻力值；利用最大干密度和贯入阻力值，获得贯入阻力值-干密度一元回归方程，该一元回归方程的公式为：Y＝aX+b；式中，Y为干密度×10，X为贯入阻力值，a、b为回归系数，为一确定的值；

3)在填方施工现场检测地基土贯入阻力值，将检测得到的贯入阻力值带入一元回归方程，得出该填方施工现场地基土的干密度。

进一步，所述获得最大干密度和最佳含水率的具体操作步骤为：

用四分法取待检测试样21kg，风干碾碎过6mm圆孔筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组轻型击实试样；

用四分法取待检测试样51kg，风干碾碎过21mm筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组重型击实试样；

分别对获得的轻型击实试样和获得的重型击实试样做击实试验，计算试样的湿密度；

根据如下公式计算试样的干密度：

式中：ρ_d为试样的干密度，取0.01g/cm³；ρ₀为试样的湿密度，取0.01g/cm³；ωi为试样的含水率，取0.1％；

绘制干密度和含水率的关系曲线，纵坐标表示试样干密度，横坐标表示试样含水率，所述关系曲线峰值点对应纵坐标即为待检测试样的最大干密度，对应横坐标即为待检测试样的最优含水率。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过承载力测试模块无需处理过多的承载力数据，进而，可有效简化数据处理量，降低数据处理的负担；同时，通过密度检测模块得出的地基土干密度误差小、准确率高，使用本发明的检测方法一组试样在较短时间内即可得出结果，能快速地提供数据，准确地指导现场施工，避免了施工现场采用传统地基土压实度检测方法检测频率大、检测速度慢、检测结果迟缓，进而影响工程进度的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的土木工程结构地基约束能力动态检测装置的检测方法流程图。

图2是本发明实施例提供的土木工程结构地基约束能力动态检测装置结构框图。

图3是本发明实施例提供的承载力测试模块测试方法流程图。

图4是本发明实施例提供的密度检测模块检测方法流程图。

图2中：1、约束力检测模块；2、承载力测试模块；3、密度检测模块；4、数据传输模块；5、数据处理模块；6、无线通信模块；7、无线基站；8、云服务器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的土木工程结构地基约束能力动态检测装置的检测方法包括以下步骤：

S101，通过利用约束力检测模块检测土木工程结构地基约束能力；通过承载力测试模块测试土木工程结构地基承载力；通过密度检测模块检测土木工程结构地基土干密度；

S102，通过数据传输模块对检测数据进行传输；

S103，通过数据处理模块对检测数据进行校准、统计、分析处理；

S104，通过无线通信模块将检测数据进行无线传输；通过无线基站接收并发送检测数据到云服务器；

S105，通过云服务器对检测数据进行云存储。

如图2所示，本发明实施例提供的土木工程结构地基约束能力动态检测装置包括：约束力检测模块1、承载力测试模块2、密度检测模块3、数据传输模块4、数据处理模块5、无线通信模块6、无线基站7、云服务器8。

约束力检测模块1，与数据传输模块4连接，用于检测土木工程结构地基约束能力；

承载力测试模块2，与数据传输模块4连接，用于测试土木工程结构地基承载力；

密度检测模块3，与数据传输模块4连接，用于检测土木工程结构地基土干密度；

数据传输模块4，与约束力检测模块1、承载力测试模块2、密度检测模块3、数据处理模块5连接，用于对检测数据进行传输；

数据处理模块5，与数据传输模块4、无线通信模块6连接，用于对检测数据进行校准、统计、分析处理；

无线通信模块6，与数据处理模块5、无线基站7连接，用于将检测数据进行无线传输；

无线基站7，与无线通信模块6、云服务器8连接，用于接收并发送检测数据到云服务器8；

云服务器8，与无线基站7连接，用于对检测数据进行云存储。

如图3所示，本发明提供的承载力测试模块2测试方法如下：

S201，配置测量设备参数，通过测量设备获取所述矩形地基的偏心距、所述矩形地基的基础底面的第一长度、所述矩形地基上的载荷量，以及所述矩形地基的基础底面的面积；所述第一长度指所述基础底面的平行于偏心方向的长度；根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力；

S202，若所述偏心距与所述第一长度的比值小于或等于第一阈值，则根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力要求；所述平均承载力是根据所述最大承载力与所述最小承载力确定的；若所述偏心距与所述第一长度的比值大于所述第一阈值，则根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求。

本发明提供的根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力条件，包括：

若所述平均承载力满足第一公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第一公式为：P_K≤f_a；其中：P_K表示所述平均承载力；f_a表示预设的地基承载力特征值。

本发明提供的根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求，包括：

若所述最大承载力满足第二公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第二公式为：P_Kmax≤1.2f_a；其中：P_Kmax表示所述最大承载力fa表示预设的地基承载力特征值。

本发明提供的根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力，包括：若所述比值小于或等于第二阈值，则根据第三公式，确定所述最大承载力，并根据第四公式，确定所述最小承载力；

所述第三公式为：

所述第四公式为：

若所述比值大于所述第二阈值，则根据第五公式，确定所述最大承载力，并确定所述最小承载力为0；所述第五公式为：P_Kmax＝4N_K/[3A(1-2X)]；

其中：P_Kmax表示所述最大承载力；P_Kmin表示所述最小承载力；N_K表示所述载荷量；A表示所述面积。

如图4所示，本发明提供的密度检测模块3检测方法如下：

S301，在待检测地基内成孔，向该孔中薄入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对上述一定量的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，再次向该孔中灌入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对该第二次灌入的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，重复上述混凝土灌入和夯实步骤直至孔口为止；

S302，在所述待检测地基土区域提取待检测试样到试验室做击实试验取得试样最大干密度和最佳含水率；使用贯入阻力仪现场检测步骤一所述待检测地基土区域的贯入阻力值；利用最大干密度和贯入阻力值，获得贯入阻力值-干密度一元回归方程，该一元回归方程的公式为：Y＝aX+b；式中，Y为干密度×10，X为贯入阻力值，a、b为回归系数，为一确定的值；

S303，在填方施工现场检测地基土贯入阻力值，将检测得到的贯入阻力值带入一元回归方程，得出该填方施工现场地基土的干密度。

本发明提供的获得最大干密度和最佳含水率的具体操作步骤为：

用四分法取待检测试样21kg，风干碾碎过6mm圆孔筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组轻型击实试样；

用四分法取待检测试样51kg，风干碾碎过21mm筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组重型击实试样；

分别对获得的轻型击实试样和获得的重型击实试样做击实试验，计算试样的湿密度；

根据如下公式计算试样的干密度：

式中：ρ_d为试样的干密度，取0.01g/cm³；ρ₀为试样的湿密度，取0.01g/cm³；ωi为试样的含水率，取0.1％；

绘制干密度和含水率的关系曲线，纵坐标表示试样干密度，横坐标表示试样含水率，所述关系曲线峰值点对应纵坐标即为待检测试样的最大干密度，对应横坐标即为待检测试样的最优含水率。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置包括：

约束力检测模块、承载力测试模块、密度检测模块、数据传输模块、数据处理模块、无线通信模块、无线基站、云服务器；

约束力检测模块，与数据传输模块连接，用于检测土木工程结构地基约束能力；

承载力测试模块，与数据传输模块连接，用于测试土木工程结构地基承载力；

密度检测模块，与数据传输模块连接，用于检测土木工程结构地基土干密度；

数据传输模块，与约束力检测模块、承载力测试模块、密度检测模块、数据处理模块连接，用于对检测数据进行传输；

数据处理模块，与数据传输模块、无线通信模块连接，用于对检测数据进行校准、统计、分析处理；

无线通信模块，与数据处理模块、无线基站连接，用于将检测数据进行无线传输；

无线基站，与无线通信模块、云服务器连接，用于接收并发送检测数据到云服务器；

云服务器，与无线基站连接，用于对检测数据进行云存储。

2.一种如权利要求1所述的土木工程结构地基约束能力动态检测装置的检测方法，其特征在于，所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一，通过利用约束力检测模块检测土木工程结构地基约束能力；通过承载力测试模块测试土木工程结构地基承载力；通过密度检测模块检测土木工程结构地基土干密度；

步骤二，通过数据传输模块对检测数据进行传输；

步骤三，通过数据处理模块对检测数据进行校准、统计、分析处理；

步骤四，通过无线通信模块将检测数据进行无线传输；通过无线基站接收并发送检测数据到云服务器；

步骤五，通过云服务器对检测数据进行云存储。

3.如权利要求1所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述承载力测试模块测试方法如下：

(1)配置测量设备参数，通过测量设备获取所述矩形地基的偏心距、所述矩形地基的基础底面的第一长度、所述矩形地基上的载荷量，以及所述矩形地基的基础底面的面积；所述第一长度指所述基础底面的平行于偏心方向的长度；根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力；

(2)若所述偏心距与所述第一长度的比值小于或等于第一阈值，则根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力要求；所述平均承载力是根据所述最大承载力与所述最小承载力确定的；若所述偏心距与所述第一长度的比值大于所述第一阈值，则根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求。

4.如权利要求3所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述根据所述矩形地基的平均承载力，确定所述矩形地基的承载力满足承载力条件，包括：

若所述平均承载力满足第一公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第一公式为：P_K≤f_a；其中：P_K表示所述平均承载力；f_a表示预设的地基承载力特征值。

5.如权利要求3所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述根据所述最大承载力，确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力要求，包括：

若所述最大承载力满足第二公式，则确定所述矩形地基的承载力满足所述承载力条件；所述第二公式为：P_Kmax≤1.2f_a；其中：P_Kmax表示所述最大承载力fa表示预设的地基承载力特征值。

6.如权利要求3所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述根据所述偏心距、所述第一长度、所述载荷量，以及所述面积，确定所述矩形地基的最大承载力与最小承载力，包括：若所述比值小于或等于第二阈值，则根据第三公式，确定所述最大承载力，并根据第四公式，确定所述最小承载力；

所述第三公式为：

所述第四公式为：

若所述比值大于所述第二阈值，则根据第五公式，确定所述最大承载力，并确定所述最小承载力为0；所述第五公式为：P_Kmax＝4N_K/[3A(1-2X)]；

其中：P_Kmax表示所述最大承载力；P_Kmin表示所述最小承载力；N_K表示所述载荷量；A表示所述面积。

7.如权利要求1所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述密度检测模块检测方法如下：

1)在待检测地基内成孔，向该孔中薄入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对上述一定量的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，再次向该孔中灌入一定量的混凝土，利用重锤以强动能对该第二次灌入的混凝土进行夯实使其本身和周围地基土体得以密实，重复上述混凝土灌入和夯实步骤直至孔口为止；

2)在所述待检测地基土区域提取待检测试样到试验室做击实试验取得试样最大干密度和最佳含水率；使用贯入阻力仪现场检测步骤一所述待检测地基土区域的贯入阻力值；利用最大干密度和贯入阻力值，获得贯入阻力值-干密度一元回归方程，该一元回归方程的公式为：Y＝aX+b；式中，Y为干密度×10，X为贯入阻力值，a、b为回归系数，为一确定的值；

3)在填方施工现场检测地基土贯入阻力值，将检测得到的贯入阻力值带入一元回归方程，得出该填方施工现场地基土的干密度。

8.如权利要求7所述土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征在于，所述获得最大干密度和最佳含水率的具体操作步骤为：

用四分法取待检测试样21kg，风干碾碎过6mm圆孔筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组轻型击实试样；

用四分法取待检测试样51kg，风干碾碎过21mm筛，将筛下土样拌匀，并测定待检测试样的风干含水率；根据土的塑限预估最优含水率，制备5个不同含水率的试样，相邻2个试样的含水率差值为2％，该5个试样作为一组重型击实试样；

分别对获得的轻型击实试样和获得的重型击实试样做击实试验，计算试样的湿密度；

根据如下公式计算试样的干密度：

式中：ρ_d为试样的干密度，取0.01g/cm³；ρ₀为试样的湿密度，取0.01g/cm³；ωi为试样的含水率，取0.1％；

绘制干密度和含水率的关系曲线，纵坐标表示试样干密度，横坐标表示试样含水率，所述关系曲线峰值点对应纵坐标即为待检测试样的最大干密度，对应横坐标即为待检测试样的最优含水率。

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